一种电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法与流程

本发明涉及低压电热材料领域，尤其涉及一种电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法。

背景技术：

石墨烯是一种由碳原子形成的蜂窝状平面薄膜，它是一种只有一个原子层厚度的二维材料，因此通常也称为单原子层石墨。石墨烯的常见制备方法有机械剥离法、氧化还原法、sic外延生长法和化学气相沉积法。由于石墨烯具有十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学等特性，因此在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都具有广泛的应用前景。

石墨烯电热材料主要包括导电填料、粘结剂、溶剂等成分。与金属导电填料相比，石墨烯具有高导电率、不易氧化、质量轻等优点，可作为优良的导电填料，因而石墨烯正逐渐取代金属导电填料。电热材料的粘结剂通常是由高分子基材组成，例如：可以采用高分子树脂等材料溶解在特定的溶剂中制备成均匀分散的高分子乳液。石墨烯电热材料具有广泛的应用，可用于偏远地区的取暖、石油管道的防冻、保健等方面。

在现有技术中，石墨烯电热材料的制备方法需要使用有机溶剂，这存在有机溶剂污染环境的问题，因此石墨烯电热材料的使用受到一定程度的限制。此外，现有石墨烯电热材料的电热性能是不可控的，无法满足不同需求条件下的使用。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法，不仅可以避免石墨烯电热材料制备过程中有机溶剂污染环境的问题，而且可以使石墨烯电热材料具有多种电热性能，能够根据不同需求条件进行调节，从而能够实现电热性能的可控性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤a、以石墨烯浆料作为导电填料，以水性聚氨酯乳液作为粘结剂，并加入质量分数为3％的乳化剂，从而制得石墨烯电热碳浆；

步骤b、以pet薄膜作为载体，在pet薄膜上设置2～20根导线，并且相邻两根导线之间的距离为0.1～50cm，然后将所述的石墨烯电热碳浆涂覆在所述pet薄膜上，再进行干燥处理，从而制得电热性能可控的石墨烯电热材料。

优选地，通过对所述电热性能可控的石墨烯电热材料上不同间距的导线施加安全电压，从而改变所述电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度，实现其电热性能可控。

优选地，通过对所述安全电压在0.1～36v范围内进行调整，从而改变所述电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度，实现其电热性能可控。

优选地，所述安全电压通过锂电池进行提供。

优选地，通过对石墨烯电热碳浆中石墨烯浆料的含量在1～99wt％范围内进行调整，从而改变所述电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度，实现其电热性能可控。

优选地，在步骤b中，所述干燥处理的干燥温度为120℃。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法以石墨烯浆料作为导电填料，以水性聚氨酯乳液作为粘结剂，加入了质量分数为3％的乳化剂来制备石墨烯电热碳浆，并将该石墨烯电热碳浆涂覆在了设有2～20根导线的pet薄膜上，相邻两根导线之间的距离为0.1～50cm，从而制得了电热性能可控的石墨烯电热材料；通过对不同间距的导线施加0.1～36v的安全电压，可改变所述电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度，因此本发明提供的制备方法所制得的石墨烯电热材料具有多种电热性能，能够根据不同需求条件在不改变安全电压和不改变电热材料成分的情况下，改变所述电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度，从而能够实现电热性能的可控性。可见，本发明不仅可以避免石墨烯电热材料制备过程中有机溶剂污染环境的问题，而且可以使石墨烯电热材料具有多种电热性能，能够根据不同需求条件进行调节，从而能够实现电热性能的可控性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例1所采用的石墨烯浆料的扫描电子显微镜(sem)图。

图2为本发明实施例1所制得的电热性能可控的石墨烯电热材料的扫描电子显微镜(sem)图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面对本发明所提供的电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

一种电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤a、以石墨烯浆料作为导电填料，以水性聚氨酯乳液作为粘结剂，并加入质量分数为3％的乳化剂，从而制得石墨烯电热碳浆。

步骤b、以聚对苯二甲酸乙二醇酯pet薄膜作为载体，在pet薄膜上设置2～20根导线，并且相邻两根导线之间的距离为0.1～50cm，然后将所述的石墨烯电热碳浆涂覆在所述导线和pet薄膜上，再进行干燥处理(干燥温度最好为120℃)，从而制得电热性能可控的石墨烯电热材料。

其中，该电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法可以包括以下实施方案：

(1)通过对所述电热性能可控的石墨烯电热材料上不同间距的导线施加安全电压，从而改变所述电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度，实现其电热性能可控。例如：对于采用石墨烯浆料含量为80wt％的石墨烯电热碳浆所制备的电热性能可控的石墨烯电热材料，若其pet薄膜上设置有3根导线，并且相邻两根导线之间的距离为2cm，那么当向相距2cm的2根导线通入3.7v安全电压时，该电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度为75℃，当向相距4cm的2根导线通入3.7v安全电压时，该电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度为45℃。可见，本发明所提供的电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法可以在不改变安全电压和不改变电热材料成分的情况下，改变所述电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度，从而实现了其电热性能可控。在实际应用中，所述安全电压为0.1～36v，并且安全电压最好通过锂电池进行提供，这一范围内的电压不会对人体造成危害，实现了安全电压发热，而采用锂电池来供电可以使其具有更好的携带性，因此采用本发明提供方法所制成的电热性能可控的石墨烯电热材料可应用于除冰防冻、保健腰带、电热口罩等方面。

(2)通过对所述电热性能可控的石墨烯电热材料上施加的安全电压在0.1～36v范围内进行调整，从而改变所述电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度，实现其电热性能可控。

(3)通过对石墨烯电热碳浆中石墨烯浆料的含量在1～99wt％范围内进行调整，从而改变所述电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度，实现其电热性能可控。

具体地，与现有技术相比，本发明所提供的电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法至少具有以下优点：

(1)本发明所提供的电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法采用已形成规模化生产的石墨烯浆料以及纯水性的水性聚氨酯乳液和乳化剂为原料来制备石墨烯电热碳浆，因此原料无污染，可以避免石墨烯电热材料制备过程中有机溶剂污染环境的问题。

(2)本发明所提供的电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法可以通过对所述电热性能可控的石墨烯电热材料上不同间距的导线施加安全电压，来改变所述电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度，因此本发明所提供的电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法可以在不改变安全电压和不改变电热材料成分的情况下，改变所述电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度，从而实现了其电热性能可控，是一种新型的电热性能调节方式。

(3)本发明所提供的电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法还可以通过对所述电热性能可控的石墨烯电热材料上施加的安全电压在0.1～36v范围内进行调整，或者通过对石墨烯电热碳浆中石墨烯浆料的含量在1～99wt％范围内进行调整，来改变所述电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度，从而实现其电热性能可控。

综上可见，本发明实施例不仅可以避免石墨烯电热材料制备过程中有机溶剂污染环境的问题，而且可以使石墨烯电热材料具有多种电热性能，能够根据不同需求条件进行调节，从而能够实现电热性能的可控性。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明所提供的电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法进行详细描述。

实施例1

一种电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法，包括：以如图1所示的石墨烯浆料(可采用鸿纳新材料科技有限公司的石墨烯浆料)作为导电填料，以水性聚氨酯乳液(可采用上海必荣化学有限公司的水性聚氨酯乳液)作为粘结剂，并加入质量分数为3％的水性乳化剂(可采用上海忠诚精细化工有限公司的水性乳化剂)，从而制得石墨烯浆料含量为80wt％的石墨烯电热碳浆。以聚对苯二甲酸乙二醇酯pet薄膜作为载体，在pet薄膜上设置2根导线，并且相邻两根导线之间的距离为2cm，然后将所述的石墨烯电热碳浆涂覆在所述导线和pet薄膜上，再以120℃进行干燥处理，从而制得如图2所示的电热性能可控的石墨烯电热材料。采用3.7v安全电压对该电热性能可控的石墨烯电热材料进行电热性能测试，其结果如下：当向相距2cm的2根导线通入3.7v安全电压时，该电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度为75℃，当向相距4cm的2根导线通入3.7v安全电压时，该电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度为45℃。

实施例2

一种电热性能可控的石墨烯电热材料的制备方法，包括：以石墨烯浆料(可采用鸿纳新材料科技有限公司的石墨烯浆料)作为导电填料，以水性聚氨酯乳液(可采用上海必荣化学有限公司的水性聚氨酯乳液)作为粘结剂，并加入质量分数为3％的水性乳化剂(可采用上海忠诚精细化工有限公司的水性乳化剂)，从而制得石墨烯浆料含量为90wt％的石墨烯电热碳浆。以聚对苯二甲酸乙二醇酯pet薄膜作为载体，在pet薄膜上设置4根导线，并且相邻两根导线之间的距离为2cm，然后将所述的石墨烯电热碳浆涂覆在所述导线和pet薄膜上，再以120℃进行干燥处理，从而制得电热性能可控的石墨烯电热材料。采用3.7v安全电压对该电热性能可控的石墨烯电热材料进行电热性能测试，其结果如下：当向相距4cm的2根导线通入3.7v安全电压时，该电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度为71℃，当向相距6cm的2根导线通入3.7v安全电压时，该电热性能可控的石墨烯电热材料的表面温度为35℃。

综上可见，本发明实施例不仅可以避免石墨烯电热材料制备过程中有机溶剂污染环境的问题，而且可以使石墨烯电热材料具有多种电热性能，能够根据不同需求条件进行调节，从而能够实现电热性能的可控性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。